EXAMPLES OF MEDICAL SOFTWARE AND HARDWARE EXPERT SYSTEMS FOR DYSFUNCTION ANALYSIS AND TREATMENT

Paper present the recent research in DMCS. The medical and biometric research projects are presented. One of the key element is an image acquisition and processing. The paper presents research of diagnostic application of voice analysis for stroke patients with speech dysfunction, as well as the method for diagnosing and monitoring the effectiveness of medical rehabilitation of patients with dysfunction of the cervical spine. Then the method for sudden cardiac death risk stratification is elaborated

Upowszechnianie wyników badań naukowych w międzynarodowych bazach danych : analiza biometryczna na przykładzie nauk technicznych, ze szczególnym uwzględnieniem elektrotechniki

The issues of bibliometrics, scientometrics, informetrics and webometrics have an important place among research subject undertaken by Polish and foreign scholars. Initially, these notions were used only by researchers in the fields of library science, scientometrics and information science. However, at the turn of the 20th and 21st centuries, quantitative methods became a fundamental tool for evaluation of, among others, sources of academic communication, academic research, research and academic centers. One of the elements of the evaluation is a quantitative analysis of academic publications in databases with international access. It is of particular importance in the case of technical sciences. This work is an attempt at a quantitative analysis of publications by Polish authors (affiliated to Polish technical universities) and Polish journals on electrotechnics in international databases. The contents are organized into four chapters with an introduction, conclusions, bibliography, name index and a list of figures and illustrations. Chapters one and two are devoted to theoretical issues, whereas chapters three and four – to practical issues. In the first chapter, selected issues concerning quantitative methods were presented, including an analysis of literature and a discussion over terminology carried out in book publications and journals. Moreover, selected examples of research conducted with the use of quantitative methods (including rankings and scientific reports) were discussed in this chapter). In chapter two, sources of information on academic publications, their origins and development (from bibliographic bases to citation indexes) were presented. A separate subchapter was devoted to databases of academic publications created by libraries of technical universities, and to indicators in the assessment of academic publications. Chapter three deals with electrotechnics as a field of science. An analysis was conducted with regard to the place of electrotechnics in science classifications based on selected examples, and the development of the teaching of electrotechnics at university level was shown. In this chapter, early and contemporary Polish journals on electrotechnics were presented, including journals published by technical universities themselves. Chapter four contains the results of an analysis of international databases (Scopus, WoS, CC), focusing on the representation of Polish journals, including their citations, and publications of authors with affiliation to Polish technical universities. Final conclusions of research and analyses have brought an answer to questions raised with regard to the assessment of representation in international databases of publications by Polish authors affiliated to Polish technical universities (in its various aspects, e.g., a publication type, language of publication, publication dynamics taking into account years of publications, cooperation with representatives of other European and non-European countries), and of Polish journals

Compact Modeling of Intrinsic Capacitances in Double-Gate Tunnel-FETs

La miniaturització dels MOSFET en els circuits integrats ha elevat la tecnologia microelectrònica. Aquesta tendència també augmenta el grau de complexitat d'aquests circuits i els seus components bàsics. En els MOSFET convencionals, el corrent es basa en l'emissió termoiònica de portadors de càrrega, que per això limita el pendent subumbral en aquests transistors a 60 mV / dec. Per tant, per superar aquest límit i continuar amb la miniaturització per mantenir el ritme de la llei de Moore, es requereixen estructures alternatives. Entre aquestes, el transistor d'efecte de camp per túnel (TFET) es considera un possible successor de l'MOSFET. A causa del seu mecanisme alternatiu de transport de corrent, conegut com a túnel de banda a banda (B2B), el pendent subumbral en TFET pot fer-se inferior al límit de 60 mV / dec. Per comprendre i estimar el comportament dels TFET, no només com un element únic sinó també a nivell de circuit, es requereix un model compacte d'aquest dispositiu. En aquesta tesi es presenta un model basat en càrrega per descriure el comportament capacitiu d'un TFET de doble porta (DG TFET). No obstant això, la simplicitat i la flexibilitat de el model permeten usar-lo per a un altre tipus d'estructures TFET, com els TFET planars o de nanofils d'una sola porta (SG TFETs). El model és verificat amb les simulacions TCAD, així com amb mesures experimentals de TFET fabricats. El model de capacitància també inclou l'efecte dels elements paràsits. A més, en el context d'aquest treball també s'investiga la influència dels contactes de barrera Schottky en el comportament capacitiu dels TFET. Aquest model finalment es combina amb un model DC compacte existent per formar un model TFET compacte complet. A continuació, el model compacte s'implementa per a simulacions transitòries de circuits oscil·ladors d'anell basats en TFET.La miniaturización de los MOSFET en los circuitos integrados ha elevado la tecnología microelectrónica. Esta tendencia también aumenta el grado de complejidad de estos circuitos y sus componentes básicos. En los MOSFET convencionales, la corriente se basa en la emisión termoiónica de portadores de carga, que por ello limita la pendiente subumbral en estos transistores a 60 mV/dec. Por tanto, para superar este límite y continuar con la miniaturización para mantener el ritmo de la ley de Moore, se requieren estructuras alternativas. Entre estas, el transistor de efecto de campo por túnel (TFET) se considera un posible sucesor del MOSFET. Debido a su mecanismo alternativo de transporte de corriente, conocido como túnel de banda a banda (B2B), la pendiente subumbral en TFET puede hacerse inferior al límite de 60 mV/dec. Para comprender y estimar el comportamiento de los TFET, no sólo como un elemento único sino también a nivel de circuito, se requiere un modelo compacto de este dispositivo. En esta tesis se presenta un modelo basado en carga para describir el comportamiento capacitivo de un TFET de doble puerta (DG TFET). Sin embargo, la simplicidad y la flexibilidad del modelo permiten usarlo para otro tipo de estructuras TFET, como los TFET planares o de nanohílos de una sola puerta (SG TFETs). El modelo es verificado con las simulaciones TCAD, así como con medidas experimentales de TFET fabricados. El modelo de capacitancia también incluye el efecto de los elementos parásitos. Además, en el contexto de este trabajo también se investiga la influencia de los contactos de barrera Schottky en el comportamiento capacitivo de los TFET. Este modelo finalmente se combina con un modelo DC compacto existente para formar un modelo TFET compacto completo. A continuación, el modelo compacto se implementa para simulaciones transitorias de circuitos osciladores de anillo basados en TFET.Miniaturization of the MOSFETs on the integrated circuits has elevated the microelectronic technology. This trend also increases the degree of complexity of these circuits and their building blocks. In conventional MOSFETs the current is based on the thermionic—emission of charge carrier, which therefore limits the subthreshold swing in these transistors to 60 mV/dec. Hence, to overcome this limit and continue with down scaling to keep pace with the Moor’s law, alternative structures are required. Among these, the tunnel—field—effect transistor (TFET) is considered as a potential successor of the MOSFET. Due to its alternative current transport mechanism, known as band—to—band (B2B) tunneling, the subthreshold swing in TFETs can overcome the 60 mV/dec limit. In order to comprehend and estimate the behavior of TFETs, not only as a single element but also on the circuit level, a compact model of this device is required. In this dissertation a charge –based model to describes the capacitive behavior of a double—gate (DG) TFET is presented. However, simplicity and flexibility of the model allow to use it for other type of TFET structures such as single—gate (SG) planar or nanowire TFETs. The model is verified with the TCAD simulations as well as the measurement data of fabricated TFETs. The capacitance model also includes the effect of the parasitic elements. Furthermore, in the context of this work also the influence of Schottky barrier contacts on the capacitive behavior of TFETs is investigated. This model is finally combined with an existing compact DC model to form a complete compact TFET model. The compact model is then implemented for transient simulations of TFET—based inverter and ring—oscillator circuits

Aging-Aware Design Methods for Reliable Analog Integrated Circuits using Operating Point-Dependent Degradation

The focus of this thesis is on the development and implementation of aging-aware design methods, which are suitable to satisfy current needs of analog circuit design. Based on the well known \gm/\ID sizing methodology, an innovative tool-assisted aging-aware design approach is proposed, which is able to estimate shifts in circuit characteristics using mostly hand calculation schemes. The developed concept of an operating point-dependent degradation leads to the definition of an aging-aware sensitivity, which is compared to currently available degradation simulation flows and proves to be efficient in the estimation of circuit degradation. Using the aging-aware sensitivity, several analog circuits are investigated and optimized towards higher reliability. Finally, results are presented for numerous target specifications

Comparison and Characterization of Android-Based Fall Detection Systems

Falls are a foremost source of injuries and hospitalization for seniors. The adoption of automatic fall detection mechanisms can noticeably reduce the response time of the medical staff or caregivers when a fall takes place. Smartphones are being increasingly proposed as wearable, cost-effective and not-intrusive systems for fall detection. The exploitation of smartphones’ potential (and in particular, the Android Operating System) can benefit from the wide implantation, the growing computational capabilities and the diversity of communication interfaces and embedded sensors of these personal devices. After revising the state-of-the-art on this matter, this study develops an experimental testbed to assess the performance of different fall detection algorithms that ground their decisions on the analysis of the inertial data registered by the accelerometer of the smartphone. Results obtained in a real testbed with diverse individuals indicate that the accuracy of the accelerometry-based techniques to identify the falls depends strongly on the fall pattern. The performed tests also show the difficulty to set detection acceleration thresholds that allow achieving a good trade-off between false negatives (falls that remain unnoticed) and false positives (conventional movements that are erroneously classified as falls). In any case, the study of the evolution of the battery drain reveals that the extra power consumption introduced by the Android monitoring applications cannot be neglected when evaluating the autonomy and even the viability of fall detection systems.Ministerio de Economía y Competitividad TEC2009-13763-C02-0

Compact DC Modeling of Tunnel-FETs

En l'última dècada, el transistor d'efecte de camp amb efecte túnel (TFET) ha guanyat molt interès i es maneja com un possible successor de la tecnologia MOSFET convencional. El transport de càrrega en un TFET es basa en el mecanisme de túnel de banda a banda (B2B) i, per tant, el pendent sub-llindar a temperatura ambient pot superar el límit de 60 mV / dec. Per descriure i analitzar el comportament del TFET en les simulacions de circuits, aquesta dissertació introdueix un model compacte de CC per TFET de doble comporta. L'enfocament de modelatge considera l'efecte túnel B2B amb l'efecte parasitari del corrent túnel assistida per trampes (TAT) en l'estat ON i ambipolar del TFET. Inclou un paquet d'equacions compactes per al potencial 2D per descriure el diagrama de banda del TFET. Basat en el diagrama de banda, el B2B i el corrent TAT es deriven per separat. Per fer-ho, primer es troba una expressió compacta per la llargada túnel, que després s'utilitza juntament amb un enfocament numèric robust de tipus Wentzel-Kramers-Brillouin (WKB) per calcular la probabilitat túnel. Després, usant l'equació de túnel de Landauer, la taxa de generació túnel es calcula i s'aproxima per arribar a una expressió de forma tancada per a la densitat de corrent. Amb una aproximació addicional de la densitat de corrent utilitzant una funció matemàtica, s'aconsegueixen expressions compactes per al túnel B2B resultant i el corrent TAT. La verificació del model es realitza amb l'ajuda de les dades de simulació TCAD Sentaurus per diverses configuracions de simulació. A més, la validesa del model es demostra mitjançant mesuraments de TFET complementaris fabricats. Per demostrar l'estabilitat numèrica i la continuïtat, així com la flexibilitat, es realitzen i analitzen simulacions de circuits lògics basats en TFET com un inversor d'una sola etapa o una cel·la SRAM. La combinació del model CC amb un model TFET AC permet una simulació transitòria d'un oscil·lador en anell de 11 etapes.En la última década, el transistor de efecto de campo con efecto túnel (TFET) ha ganado mucho interés y se maneja como un posible sucesor de la tecnología MOSFET convencional. El transporte de carga en un TFET se basa en el mecanismo de túnel de banda a banda (B2B) y, por lo tanto, la pendiente sub-umbral a temperatura ambiente puede superar el límite de 60 mV / dec. Para describir y analizar el comportamiento del TFET en las simulaciones de circuitos, esta disertación introduce un modelo compacto de CC para TFET de doble compuerta. El enfoque de modelado considera el efecto túnel B2B con el efecto parasitario de la corriente túnel asistida por trampas (TAT) en el estado ON y AMBIPOLAR del TFET. Incluye un paquete de ecuaciones compactas del potencial 2D para describir el diagrama de banda del TFET. Basado en el diagrama de banda, el B2B y la corriente TAT se derivan por separado. Para hacerlo, primero se encuentra una expresión compacta para la longitud túnel, que luego se utiliza junto con un enfoque numérico robusto de tipo Wentzel-Kramers-Brillouin (WKB) para calcular la probabilidad túnel. Luego, usando la ecuación de túnel de Landauer, la tasa de generación túnel se calcula y aproxima para llegar a una expresión de forma cerrada para la densidad de corriente. Con una aproximación adicional de la densidad de corriente por una función matemática, se logran expresiones compactas para el túnel B2B resultante y la corriente TAT. La verificación del modelo se realiza con la ayuda de los datos de simulación TCAD Sentaurus para varias configuraciones de simulación. Además, la validez del modelo se demuestra mediante mediciones de TFET complementarios fabricados. Para demostrar la estabilidad numérica y la continuidad, así como la flexibilidad, se realizan y analizan simulaciones de circuitos lógicos basados en TFET como un inversor de una sola etapa o una celda SRAM. La combinación del modelo CC con un modelo TFET AC permite una simulación transitoria de un oscilador en anillo de 11 etapas.In the last decade, the tunnel field-effect transistor (TFET) has gained a lot of interest and is handled as a possible successor of the conventional MOSFET technology. The current transport of a TFET is based on the band-to-band (B2B) tunneling mechanism and therefore, the subthreshold slope at room temperature can overcome the limit of 60 mV/dec. In order to describe and analyze the TFET behavior in circuit simulations, this dissertation introduces a compact DC model for double-gate TFETs. The modeling approach considers the B2B tunneling and the parasitic effect of trap-assisted tunneling (TAT) in the ON- and AMBIPOLAR-state of the TFET. It includes a 2D compact potential equation package to de-scribe the band diagram of the TFET. Based on the band diagram, the B2B tunneling and TAT current part are derived separately. In order to do so, firstly a compact expression for the tunneling length is found, which is then used together with a numerical robust Wentzel-Kramers-Brillouin (WKB) approach to calculate the tunneling probability. Afterwards, using Landauer’s tunneling equation, the tunneling generation rate is calculated and approximated to come to a closed-form expression for the current density. Further approximation of the current density by a mathematical function, compact expressions for the resulting B2B tun-neling and TAT current are achieved. The verification of the model is done with the help of TCAD Sentaurus simulation data for various simulation setups. Furthermore, the validity of the model is proven by measurements of fabricated complementary TFETs. In order to demonstrate the numerical stability and continuity as well as the flexibility, simulations of TFET-based logic circuits like a single-stage inverter or an SRAM cell are performed and analyzed. The combination of the DC model with an TFET AC model allows for a transient simulation of an 11-stage ring oscillator

A Method to Support Diagnostics of Dynamic Faults in Networks of Interconnections

The article is devoted to the method facilitating the diagnostics of dynamic faults in networks of interconnection in systems-on-chips. It shows how to reconstruct the erroneous test response sequence coming from the faulty connection based on the set of signatures obtained as a result of multiple compaction of this sequence in the MISR register with programmable feedback. The Chinese reminder theorem is used for this purpose. The article analyzes in detail the various hardware realizations of the discussed method. The testing time associated with each proposed solution was also estimated. Presented method can be used with any type of test sequence and test pattern generator. It is also easily scalable to any number of nets in the network of interconnections. Moreover, it supports finding a trade-off between area overhead and testing time

Two-Dimensional Analytical Modeling of Tunnel-FETs

Basat en un mecanisme de transport de corrent de banda a banda, el túnel-FET és capaç de superar la limitació de pendent sub-llindar física del MOSFET de 60 mV /dec. Per tant, s'ha convertit en un dels dispositius més prometedors per ser el successor del MOSFET clàssic en els últims anys. Aquesta tesi descriu tots els passos necessaris per modelar analíticament un Túnel-FET de doble porta. El model inclou una solució electrostàtica de dues dimensions en totes les regions del dispositiu, el que permet fins i tot simulacions hetero-unió del dispositiu. Per a un comportament més realista del dispositiu, cal tenir en compte el rendiment del dispositiu que limita els perfils de dopatge de forma Gaussiana en les unions del canal. Les expressions per a les probabilitats de túnel de banda a banda i les de Trap-Assisted-Tunneling (TAT) són executades per un enfocament WKB quasi bidimensional. El corrent del dispositiu es calcula mitjançant la teoria de transmissió de Landauer. El model és vàlid per a dispositius de canal curt i les estàncies estan ben comparades amb les dades de simulació TCAD Sentaurus i amb les medicions proporcionades. S'introdueix un modelo general per les flactuacions del dopant aleatoria, que prediu les influencies característiques del dispositiu en el corrent de sortida i el voltatge llindar. El model s'aplica al MOSFET, així com a dispositius TFET.Basado en un mecanismo de transporte de corriente banda a banda, el Tunnel-FET es capaz de superar la limitación de pendiente sub-umbral física del MOSFET de 60 mV/dec. Por lo tanto, esto lo convierte en uno de los dispositivos más prometedores para ser el sucesor del MOSFET clásico en los últimos años. Esta tesis describe todos los pasos necesarios para modelar analíticamente un Tunnel-FET de doble puerta. El modelo incluye una solución electrostática bidimensional en todas las regiones del dispositivo, lo que permite incluso simulaciones de hetero-unión del dispositivo. Para un comportamiento más realista del dispositivo se tiene en cuenta el rendimiento del dispositivo que limita los perfiles de dopaje de forma Gaussiana en las uniones del canal. Las expresiones para las probabilidades de túnel de banda a banda y de Trap-Assisted-Tunneling (TAT) se implementan mediante un enfoque de WKB cuasi bidimensional. La corriente del dispositivo se calcula mediante la teoría de transmisión de Landauer. El modelo es válido para dispositivos de canal corto y las estancias están bien comparadas con los datos de simulación TCAD Sentaurus y con las mediciones proporcionadas. Se introduce un modelo general para las fluctuaciones del dopado aleatorio, que predice las influencias características del dispositivo en la corriente de salida y el voltaje umbral. El modelo se aplica al MOSFET, así como a los dispositivos TFET.Based on a band-to-band current transport mechanism, the Tunnel-FET is able to overcome the physical subthreshold slope limitation of the MOSFET of 60 mV/dec. Therefore, it has become one of the most promising devices to be the successor of the classical MOSFET in the last few years. This thesis describes all necessary steps to analytically model a double-gate Tunnel-FET. The model includes a two-dimensional electrostatic solution in all device regions, which enables even hetero-junction device simulations. Device performance limiting Gaussian-shaped doping profiles at the channel junctions are taken into account for a realistic device behavior. Expressions for the band-to-band and trap-assisted-tunneling probabilities are implemented by a quasi two-dimensional WKB approach. The device current is calculated based on Landauer's transmission theory. The model is valid for short-channel devices and stays is good agreement with the TCAD Sentaurus simulation data and with the provided measurements. A general model for random-dopant-fluctuations is introduced, which predicts characteristic device influences on the output current and threshold voltage. The model is applied to MOSFET, as well as TFET devices

Compact DC Modeling of Tunnel-FETs

En l'última dècada, el transistor d'efecte de camp amb efecte túnel (TFET) ha guanyat molt interès i es maneja com un possible successor de la tecnologia MOSFET convencional. El transport de càrrega en un TFET es basa en el mecanisme de túnel de banda a banda (B2B) i, per tant, el pendent sub-llindar a temperatura ambient pot superar el límit de 60 mV / dec. Per descriure i analitzar el comportament del TFET en les simulacions de circuits, aquesta dissertació introdueix un model compacte de CC per TFET de doble comporta. L'enfocament de modelatge considera l'efecte túnel B2B amb l'efecte parasitari del corrent túnel assistida per trampes (TAT) en l'estat ON i ambipolar del TFET. Inclou un paquet d'equacions compactes per al potencial 2D per descriure el diagrama de banda del TFET. Basat en el diagrama de banda, el B2B i el corrent TAT es deriven per separat. Per fer-ho, primer es troba una expressió compacta per la llargada túnel, que després s'utilitza juntament amb un enfocament numèric robust de tipus Wentzel-Kramers-Brillouin (WKB) per calcular la probabilitat túnel. Després, usant l'equació de túnel de Landauer, la taxa de generació túnel es calcula i s'aproxima per arribar a una expressió de forma tancada per a la densitat de corrent. Amb una aproximació addicional de la densitat de corrent utilitzant una funció matemàtica, s'aconsegueixen expressions compactes per al túnel B2B resultant i el corrent TAT. La verificació del model es realitza amb l'ajuda de les dades de simulació TCAD Sentaurus per diverses configuracions de simulació. A més, la validesa del model es demostra mitjançant mesuraments de TFET complementaris fabricats. Per demostrar l'estabilitat numèrica i la continuïtat, així com la flexibilitat, es realitzen i analitzen simulacions de circuits lògics basats en TFET com un inversor d'una sola etapa o una cel·la SRAM. La combinació del model CC amb un model TFET AC permet una simulació transitòria d'un oscil·lador en anell de 11 etapes.En la última década, el transistor de efecto de campo con efecto túnel (TFET) ha ganado mucho interés y se maneja como un posible sucesor de la tecnología MOSFET convencional. El transporte de carga en un TFET se basa en el mecanismo de túnel de banda a banda (B2B) y, por lo tanto, la pendiente sub-umbral a temperatura ambiente puede superar el límite de 60 mV / dec. Para describir y analizar el comportamiento del TFET en las simulaciones de circuitos, esta disertación introduce un modelo compacto de CC para TFET de doble compuerta. El enfoque de modelado considera el efecto túnel B2B con el efecto parasitario de la corriente túnel asistida por trampas (TAT) en el estado ON y AMBIPOLAR del TFET. Incluye un paquete de ecuaciones compactas del potencial 2D para describir el diagrama de banda del TFET. Basado en el diagrama de banda, el B2B y la corriente TAT se derivan por separado. Para hacerlo, primero se encuentra una expresión compacta para la longitud túnel, que luego se utiliza junto con un enfoque numérico robusto de tipo Wentzel-Kramers-Brillouin (WKB) para calcular la probabilidad túnel. Luego, usando la ecuación de túnel de Landauer, la tasa de generación túnel se calcula y aproxima para llegar a una expresión de forma cerrada para la densidad de corriente. Con una aproximación adicional de la densidad de corriente por una función matemática, se logran expresiones compactas para el túnel B2B resultante y la corriente TAT. La verificación del modelo se realiza con la ayuda de los datos de simulación TCAD Sentaurus para varias configuraciones de simulación. Además, la validez del modelo se demuestra mediante mediciones de TFET complementarios fabricados. Para demostrar la estabilidad numérica y la continuidad, así como la flexibilidad, se realizan y analizan simulaciones de circuitos lógicos basados en TFET como un inversor de una sola etapa o una celda SRAM. La combinación del modelo CC con un modelo TFET AC permite una simulación transitoria de un oscilador en anillo de 11 etapas.In the last decade, the tunnel field-effect transistor (TFET) has gained a lot of interest and is handled as a possible successor of the conventional MOSFET technology. The current transport of a TFET is based on the band-to-band (B2B) tunneling mechanism and therefore, the subthreshold slope at room temperature can overcome the limit of 60 mV/dec. In order to describe and analyze the TFET behavior in circuit simulations, this dissertation introduces a compact DC model for double-gate TFETs. The modeling approach considers the B2B tunneling and the parasitic effect of trap-assisted tunneling (TAT) in the ON- and AMBIPOLAR-state of the TFET. It includes a 2D compact potential equation package to de-scribe the band diagram of the TFET. Based on the band diagram, the B2B tunneling and TAT current part are derived separately. In order to do so, firstly a compact expression for the tunneling length is found, which is then used together with a numerical robust Wentzel-Kramers-Brillouin (WKB) approach to calculate the tunneling probability. Afterwards, using Landauer’s tunneling equation, the tunneling generation rate is calculated and approximated to come to a closed-form expression for the current density. Further approximation of the current density by a mathematical function, compact expressions for the resulting B2B tun-neling and TAT current are achieved. The verification of the model is done with the help of TCAD Sentaurus simulation data for various simulation setups. Furthermore, the validity of the model is proven by measurements of fabricated complementary TFETs. In order to demonstrate the numerical stability and continuity as well as the flexibility, simulations of TFET-based logic circuits like a single-stage inverter or an SRAM cell are performed and analyzed. The combination of the DC model with an TFET AC model allows for a transient simulation of an 11-stage ring oscillator